As ind\u00fastrias de telecomunica\u00e7\u00f5es, \u00f3ptica e aeroespacial, entre outras, come\u00e7am a apostar em metamateriais para desenvolver estruturas com capacidades sem precedentes, tais como lentes planas, estruturas que curvam a luz e dispositivos \u00f3pticos capazes de manipular a luz, a exemplo de circuitos eletr\u00f4nicos que controlam o fluxo de el\u00e9trons. <\/p>\n
Um estudo publicado no in\u00edcio de janeiro na revista Science demonstrou que essas estruturas compostas de materiais comuns, dispostos de forma espec\u00edfica a fim de modificar suas propriedades eletromagn\u00e9ticas e criar comportamentos inexistentes na natureza, tamb\u00e9m podem ser projetadas para realizar c\u00e1lculos matem\u00e1ticos avan\u00e7ados com ondas eletromagn\u00e9ticas como a luz. <\/p>\n
Os c\u00e1lculos fot\u00f4nicos s\u00e3o obtidos pela manipula\u00e7\u00e3o do perfil das ondas eletromagn\u00e9ticas ao atravessar um bloco metamaterial \u2013 semelhante \u00e0 opera\u00e7\u00e3o realizada pelos antigos computadores anal\u00f3gicos. <\/p>\n
As descobertas abrem a perspectiva de cria\u00e7\u00e3o de dispositivos computacionais menores e com maior velocidade de processamento do que os existentes, destacam os autores do estudo, liderado por um brasileiro e realizado por pesquisadores das Universidades da Pensilv\u00e2nia e do Texas, em Austin, nos Estados Unidos, e de Sannio, na It\u00e1lia. <\/p>\n
\u201cN\u00e3o havia, at\u00e9 ent\u00e3o, um estudo como esse, no qual realizamos c\u00e1lculos matem\u00e1ticos com ondas eletromagn\u00e9ticas no seu perfil espacial, e n\u00e3o somente temporal\u201d, disse Alexandre Manoel Pereira Alves da Silva, primeiro autor do artigo, \u00e0 Ag\u00eancia FAPESP. <\/p>\n
\u201cAo iniciar o p\u00f3s-doutorado na Universidade da Pensilv\u00e2nia sob orienta\u00e7\u00e3o do professor Nader Engheta, ele me apresentou esse desafio\u201d, disse Silva, que realizou doutorado em Engenharia El\u00e9trica na Faculdade de Engenharia El\u00e9trica e Computa\u00e7\u00e3o (FEEC) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), vinculado ao Instituto Nacional de Ci\u00eancia e Tecnologia Fot\u00f4nica para Comunica\u00e7\u00f5es \u00d3pticas (Fotonicom) \u2013 um dos INCTS apoiados pela FAPESP no Estado de S\u00e3o Paulo. <\/p>\n
O pesquisador foi orientado no doutorado na Unicamp pelo professor Hugo Enrique Hernandez-Figueroa, pesquisador do Centro de Pesquisa em \u00d3ptica e Fot\u00f4nica de Campinas (CePOF), um dos Centros de Pesquisa, Inova\u00e7\u00e3o e Difus\u00e3o (CEPIDs) apoiados pela FAPESP. <\/p>\n
De acordo com Silva, uma onda de luz, quando descrita em termos de espa\u00e7o e de tempo, tem um perfil como o de uma curva em um plano cartesiano. <\/p>\n
O pesquisador e seus colaboradores projetaram e simularam em computador blocos metamateriais com a propriedade de modificar o perfil de uma onda luminosa incidente. <\/p>\n
Ao propagar-se pelo interior do metamaterial, que mede menos de um comprimento de onda, o perfil da onda luminosa incidente \u00e9 alterado naturalmente. <\/p>\n
Dessa forma, obt\u00e9m-se na sa\u00edda do bloco metamaterial um perfil equivalente ao resultado de opera\u00e7\u00f5es matem\u00e1ticas espec\u00edficas, como primeira ou segunda derivada da fun\u00e7\u00e3o descrita pelo perfil da onda de entrada. <\/p>\n
\u201cQuando uma onda de luz atravessa esses blocos de metamateriais, na sa\u00edda ela tem a forma do resultado de uma opera\u00e7\u00e3o de c\u00e1lculo, como uma derivada, integral ou convolu\u00e7\u00e3o do perfil da onda na entrada\u201d, explicou Silva. <\/p>\n
Aplica\u00e7\u00f5es <\/p>\n
Segundo o pesquisador, uma das poss\u00edveis aplica\u00e7\u00f5es desses metamateriais computacionais estaria no processamento de imagens. <\/p>\n
Para realizar processamento de imagens hoje, as ondas de luz s\u00e3o capturadas, convertidas em sinais eletr\u00f4nicos na forma de informa\u00e7\u00e3o digital e s\u00f3 ent\u00e3o processadas de acordo com a opera\u00e7\u00e3o desejada. <\/p>\n
Os metamateriais computacionais propostos pelos pesquisadores poderiam realizar essas opera\u00e7\u00f5es quase que instantaneamente e diretamente na onda de luz incidente original \u2013 como a luz que entra atrav\u00e9s da lente de uma c\u00e2mera \u2013, sem a necessidade de convert\u00ea-la em sinais digitais, explicou Silva. <\/p>\n
\u201cEsse tipo de material reduziria consideravelmente o tempo de processamento das ondas eletromagn\u00e9ticas pelos equipamentos de imageamento m\u00e9dico, por exemplo\u201d, afirmou Silva. <\/p>\n
De acordo com o pesquisador, os metamateriais computacionais podem ser \u00fateis para agilizar a detec\u00e7\u00e3o de bordas \u2013 t\u00e9cnica de processamento de imagem muito comum hoje, que auxilia softwares a identificar pessoas e objetos em imagens de exames diagn\u00f3sticos, por exemplo. <\/p>\n
Pelas t\u00e9cnicas de processamento de imagem dispon\u00edveis a detec\u00e7\u00e3o de bordas \u00e9 feita digitalmente, pixel por pixel, comparando com os pixels pr\u00f3ximos \u2013 um processo custoso computacionalmente, explicou Silva. <\/p>\n
Com uma c\u00e2mera feita com o metamaterial computacional seria poss\u00edvel, no futuro, realizar a detec\u00e7\u00e3o de bordas da imagem toda de uma s\u00f3 vez, estima o pesquisador. <\/p>\n
\u201cO conceito de metamateriais \u00e9 relativamente novo, em termos de ci\u00eancia, mas a tecnologia j\u00e1 est\u00e1 madura o suficiente para ser utilizada pela ind\u00fastria\u201d, disse Silva. <\/p>\n
Atualmente, o pesquisador e os demais participantes do estudo tentam construir metamateriais projetados para test\u00e1-los em laborat\u00f3rio. <\/p>\n
Se os testes forem bem-sucedidos, eles pretendem desenvolver metamateriais que realizem outras opera\u00e7\u00f5es matem\u00e1ticas e at\u00e9 mesmo resolvam equa\u00e7\u00f5es diferenciais e integrais. <\/p>\n
A partir desses metamateriais, segundo os pesquisadores, seria poss\u00edvel desenvolver dispositivos de ordem de grandeza menor do que os \u00e0 base de lentes convencionais. <\/p>\n
\u201cSe conseguirmos mostrar em laborat\u00f3rio que esses metamateriais funcionam no plano real, isso abre a possibilidade de constru\u00e7\u00e3o de dispositivos computacionais muito menores, da ordem de alguns comprimentos de onda, com maior velocidade de processamento e menor consumo de energia do que os existentes hoje\u201d, disse Silva. <\/p>\n
O artigo Performing mathematical operations with metamaterials (doi: 10.1126\/science.1242818), de Silva e outros, pode ser lido na Science em www.sciencemag.org\/content\/343\/6167\/160. <\/p>\n
Autor: Ag\u00eancia Fapesp<\/b><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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